專(zhuān)利名稱(chēng)：一種機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中封隔井下鉆桿內(nèi)外環(huán)空的一種井下 內(nèi)外一體防噴工具，具體而言是一種井控裝備。
背景技術(shù)：
在石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)中，若沒(méi)有可靠的防噴系統(tǒng)，地層流體(油、氣、水)一旦失 去控制，就會(huì)導(dǎo)致井噴失控。無(wú)論是鉆柱內(nèi)井噴，還是鉆柱外井噴，都有可能造成鉆井設(shè)備 損壞，危及鉆井人員安全、破壞油氣資源、污染自然環(huán)境、導(dǎo)致油氣井報(bào)廢等嚴(yán)重后果。目 前，為了實(shí)現(xiàn)鉆柱內(nèi)防噴要在鉆柱上連接一個(gè)內(nèi)防噴工具，比較廣泛應(yīng)用的內(nèi)防噴工具包 括旋塞閥、浮閥、投入式止回閥、箭型止回閥等，其工作原理均是利用閥芯單向?qū)üδ軐?shí) 現(xiàn)防噴。為了實(shí)現(xiàn)鉆具外環(huán)空的防噴則需要通過(guò)井口防噴器組實(shí)現(xiàn)，井口防噴器組所組合 的防噴器包括單閘板防噴器、雙閘板防噴器、環(huán)形防噴器以及旋轉(zhuǎn)防噴器等。在實(shí)際鉆井過(guò)程中，為了避免井噴、井涌過(guò)程的發(fā)生，井控工作采取早發(fā)現(xiàn)、早處 理的指導(dǎo)原則，而面對(duì)復(fù)雜的地下情況時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)井下已發(fā)生井涌、井噴而遠(yuǎn)在幾千米上 的井口防噴器組工作出現(xiàn)明顯的滯后，增加了井控工作的風(fēng)險(xiǎn)性。井下防噴器作為一個(gè)重 要的研究方向，前人已做過(guò)許多工作，美國(guó)專(zhuān)利US4，367，794介紹了一種聲控井下防噴器、 美國(guó)專(zhuān)利US3，941，190介紹了一種投入器具誘發(fā)式井下防噴器。上述介紹的井下防噴器由 于面對(duì)井下惡劣條件下需要配置可靠的聲控系統(tǒng)或者需要在嚴(yán)重井噴時(shí)投入誘發(fā)器具而 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中不具備可行性。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之處，本實(shí)用新型提供一種井下內(nèi)外一體防 噴器，該防噴器的主要目的是在正常鉆進(jìn)過(guò)程中為鉆井液的循環(huán)提供一通道，在發(fā)生井涌、 井噴時(shí)通過(guò)相應(yīng)的機(jī)械裝置密封鉆桿內(nèi)環(huán)空和鉆桿外環(huán)空以達(dá)到密封高壓流體與上部液 柱之間的目的，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)鉆桿內(nèi)外密封時(shí)，為上部鉆桿內(nèi)外鉆井液的循環(huán)提供通道以實(shí) 施壓井，達(dá)到鉆井液液柱靜壓力與地層流體壓力之間的平衡。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，設(shè)計(jì)了一種純機(jī)械式的井下內(nèi)外一體防噴器，它包 括箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩大部分，箭型止回閥與外環(huán)空封隔器通過(guò)止回閥閥體與下 接頭之間的螺紋連接。箭型止回閥包括止回閥閥體、接頭體、閥芯彈簧、閥芯、閥座以及閥座 螺母，接頭體安裝在止回閥閥體臺(tái)階上，閥芯安裝在閥座上，閥芯彈簧環(huán)繞著閥芯并緊貼接 頭體，同時(shí)閥座由閥座螺母固定。外環(huán)空封隔器包括下接頭、解封剪釘、解封剪釘套、卡爪部 件、卡爪套、下外套、膠筒座、外套筒、膠筒、內(nèi)套筒、上外套、座封剪釘、座封剪釘套以及上接 頭。上外套和內(nèi)套筒上分別開(kāi)有鉆井液流道口，機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器在井下的工況 有正常鉆進(jìn)、座封循環(huán)壓井和解封三種。正常鉆進(jìn)時(shí)，機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器安裝在井下，它需要為下部鉆桿傳遞動(dòng) 力扭矩，傳遞扭矩的部件包括上接頭、上外套、內(nèi)套筒、下接頭以及止回閥閥體。其中內(nèi)套筒與上外套之間的連接采用銷(xiāo)連接，銷(xiāo)需要傳遞較大的力矩以及承受井底鉆壓，同時(shí)在座封 過(guò)程中還需要將其剪斷以實(shí)施防噴器的座封。流動(dòng)的鉆井液通過(guò)內(nèi)套筒以及下接頭克服閥 芯的彈簧力推動(dòng)閥芯向下移動(dòng)離開(kāi)閥座，箭型止回閥開(kāi)啟，鉆柱內(nèi)通道暢通，當(dāng)鉆井液正循 環(huán)停止或發(fā)生溢流、井涌時(shí)，在彈簧力和井下內(nèi)壓力的作用下箭型止回閥閥芯上竄回位緊 貼閥座，箭型止回閥關(guān)閉，封閉鉆具內(nèi)通道。座封時(shí)，增加鉆壓，當(dāng)鉆壓達(dá)到一定值時(shí)，座封剪釘被剪斷，上部鉆柱通過(guò)自身重 力作用壓縮膠筒，使膠筒膨脹并與套管接觸產(chǎn)生密封，實(shí)現(xiàn)鉆桿外環(huán)空的防噴。在座封的過(guò) 程中，外套筒下移，推動(dòng)卡爪套上的環(huán)形牙與卡爪部件上的鎖簧咬合，當(dāng)座封過(guò)程完成時(shí)， 內(nèi)套筒和上外套上的鉆井液流道口重合，鉆井液循環(huán)通道導(dǎo)通，開(kāi)始實(shí)施后續(xù)壓井工作。解 封時(shí)，上提鉆柱，解封剪釘被剪斷，卡爪部件松動(dòng)，膠筒在自身回彈力的作用下不再緊貼套 管，機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器實(shí)現(xiàn)解封，在上提鉆柱解封的過(guò)程中，上外套向上移動(dòng)，在 移動(dòng)到一定距離后，上外套內(nèi)部的臺(tái)階與內(nèi)套筒上凸起的臺(tái)階接觸并懸掛下部鉆具的重 量。凸臺(tái)與凸臺(tái)之間的接觸設(shè)計(jì)，使其受力平衡均勻，并能懸掛較大重量的鉆具。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下顯著的特點(diǎn)(1)采用了純機(jī)械式的工作 原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠易實(shí)現(xiàn)；(2)具備了在井下對(duì)鉆桿內(nèi)外環(huán)空實(shí)現(xiàn)密封，達(dá)到防噴的功 能。
圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、止回閥閥體；2、接頭體；3、閥芯彈簧；4、閥芯；5、閥座；6、閥座螺母；7、下 接頭；8、解封剪釘；9、鎖簧座；10、鎖指套；11、鎖簧；12、鎖指扣；13、卡爪套；14、下外套； 15、膠筒座；16、外套筒；17、膠筒；18、上外套；19、座封剪釘；20、內(nèi)套筒；21、上接頭；22、座
封剪釘套；23、解封剪釘套。圖2為本實(shí)用新型座封時(shí)防噴器上部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型解封上提鉆柱時(shí)防噴器上部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器包括箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩部 分，箭型止回閥與外環(huán)空封隔器通過(guò)止回閥閥體1與下接頭7之間的螺紋連接。箭型止回閥 包括止回閥閥體1、接頭體2、閥芯彈簧3、閥芯4、閥座5以及閥座螺母6，接頭體2安裝在止 回閥閥體1內(nèi)的臺(tái)階上，其上部開(kāi)設(shè)有若干流道口，在加厚臺(tái)階處其周向開(kāi)有若干均布流 道口。接頭體2支撐閥芯彈簧3壓縮閥芯4緊貼閥座5，閥座5安裝在止回閥閥體1內(nèi)的臺(tái) 階上，通過(guò)閥座螺母6壓緊閥座，閥座螺母6通過(guò)螺紋旋入止回閥閥體1內(nèi)并壓縮閥座5使 其固定在止回閥閥體1內(nèi)。外環(huán)空封隔器包括下接頭7、解封剪釘8、卡爪部件、卡爪套13、 下外套14、膠筒座15、外套筒16、膠筒17、上外套18、座封剪釘19、內(nèi)套筒20、上接頭21、座 封剪釘套22、解封剪釘套23?？ㄗΣ考ㄦi簧座9、鎖指套10、鎖簧11以及鎖指扣12，鎖 指套10通過(guò)螺紋與鎖簧座9連接并通過(guò)下部臺(tái)階使其限位，鎖指套10內(nèi)部安裝鎖指扣12， 在鎖指扣12與鎖指套10之間的凹陷環(huán)內(nèi)裝有鎖簧11，鎖簧11為一開(kāi)口環(huán)，鎖簧11的外部 開(kāi)有單向鎖止的鎖止牙，通過(guò)與卡爪套13上與之匹配的鎖止牙相接觸即達(dá)到鎖緊的目的， 卡爪部件安裝在內(nèi)套筒20與下外套14形成的環(huán)形空間內(nèi)并被下接頭7向上頂住。下接頭7上開(kāi)有解封剪釘孔，通過(guò)解封剪釘8與下外套14連接，通過(guò)螺紋與內(nèi)部的內(nèi)套筒20連接。下外套14上開(kāi)出4個(gè)均布座封剪釘孔，解封剪釘8外部裝有解封剪釘 套23并通過(guò)過(guò)盈配合裝入解封剪釘孔內(nèi)，在內(nèi)套筒20與下外套14所形成的環(huán)形空間中 安裝有卡爪部件及卡爪套13，在卡爪套13上部安裝有膠筒座15，并通過(guò)螺紋與外套筒16 連接，膠筒座15上部安裝膠筒17，上外套18通過(guò)螺紋與上接頭21、外套筒16連接，通過(guò)座 封剪釘19與內(nèi)套筒20連接，上外套18上開(kāi)出4 8個(gè)均布的座封剪釘孔，座封剪釘19外 部裝有座封剪釘套22并通過(guò)過(guò)盈配合裝入座封剪釘孔內(nèi)，上外套18下部與膠筒17接觸使 其固定。膠筒座15與上外套18內(nèi)部均開(kāi)出一向內(nèi)凹的臺(tái)階，內(nèi)套筒20上部設(shè)有向外凸起 的臺(tái)階，內(nèi)套筒20與上外套18上開(kāi)設(shè)有鉆井液流道口，上外套18上開(kāi)有4 8個(gè)鉆井液 流道口。外套筒16下端與卡爪套13連接，在座封過(guò)程中，外套筒16推動(dòng)卡爪套13向下移 動(dòng)并與卡爪部件上的鎖止牙相咬合達(dá)到座封鎖緊的目的。膠筒17的外徑小于防噴器外徑， 其下端固定在膠筒座15上，膠筒座15設(shè)計(jì)為一向內(nèi)凹的臺(tái)階以保護(hù)膠筒17受鉆井液過(guò)度 沖刷磨損而失效，膠筒座15通過(guò)螺紋與下外套14連接。具體操作如下在正常鉆進(jìn)過(guò)程中，機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器安裝在井下，通過(guò) 上接頭21、上外套18、內(nèi)套筒20、下接頭7以及止回閥閥體1傳遞扭矩實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)，鉆井液通 過(guò)上部鉆桿內(nèi)環(huán)空流經(jīng)防噴器內(nèi)部，流動(dòng)的鉆井液克服閥芯4上閥芯彈簧3的作用力推動(dòng) 閥芯4向下移動(dòng)離開(kāi)閥座5，箭型止回閥開(kāi)啟，鉆柱內(nèi)通道暢通實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)，此時(shí)開(kāi)設(shè) 在內(nèi)套筒20以及上外套18上的鉆井液流道口由于錯(cuò)位而未能導(dǎo)通。在出現(xiàn)溢流、井涌時(shí)， 增大鉆壓，使座封剪釘19被剪斷，在上部鉆柱自身重力作用下，上外套18開(kāi)始下移，上外套 18與膠筒17接觸并壓縮膠筒17變形膨脹，同時(shí)在膠筒17變形過(guò)程中，上外套18推動(dòng)外 套筒16向下移動(dòng)，外套筒16與卡爪套13連接，致使卡爪套13下移，卡爪套13內(nèi)部的鎖止 牙與鎖緊部件鎖簧11上的鎖緊牙逐級(jí)咬合，在膠筒17變形到完全密封住鉆桿外環(huán)空后，座 封過(guò)程完成。座封過(guò)程完成時(shí)，防噴器下部鉆柱內(nèi)外環(huán)空被密封，同時(shí)，內(nèi)套筒20與上外套 18上的鉆井液流道口重合，上部鉆桿鉆井液循環(huán)流道導(dǎo)通，參見(jiàn)圖2。在成功實(shí)現(xiàn)壓井工作后解封時(shí)，上提鉆桿，上接頭21帶動(dòng)上外套18上移，致使上 外套18上提外套筒16，外套筒16通過(guò)螺紋與卡爪套13連接，卡爪套13向上推動(dòng)連接有下 外套14的膠筒座15，下外套14與下接頭7之間產(chǎn)生一相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)，在上提力達(dá)到一定值 時(shí)，連接下接頭7與下外套14之間的解封剪釘8被剪斷，鎖緊部件松動(dòng)，鎖簧11彈開(kāi)，其與 卡爪套13之間咬合的鎖緊牙分離，膠筒17在自身回彈力作用下不在緊貼井壁，鉆桿外環(huán) 空實(shí)現(xiàn)解封。鉆桿內(nèi)環(huán)空由于鉆井液足夠克服閥芯4上下壓差對(duì)閥芯的作用力而導(dǎo)通，實(shí) 現(xiàn)鉆桿內(nèi)環(huán)空的解封。在完成解封后繼續(xù)上提鉆柱，上外套18繼續(xù)上移，其臺(tái)階與內(nèi)套筒 20上的臺(tái)階接觸并開(kāi)始懸掛下部鉆柱重量，直至提出井口，參見(jiàn)圖3。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器，包括箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩部分，其特征 在于箭型止回閥與外環(huán)空封隔器通過(guò)止回閥閥體(1)與下接頭(7)之間的螺紋連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防噴器，其特征在于所述的箭型止回閥包括止回閥閥體 (1)、接頭體(2)、閥芯彈簧(3)、閥芯、閥座(5)以及閥座螺母(6)，接頭體⑵安裝在止 回閥閥體(1)內(nèi)的臺(tái)階上，并支撐閥芯彈簧(3)壓縮閥芯緊貼閥座(5)，閥座(5)安裝 在止回閥閥體(1)內(nèi)的臺(tái)階上，閥座螺母(6)通過(guò)螺紋旋入止回閥閥體(1)內(nèi)并壓縮閥座 (5)使其固定在止回閥閥體(1)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防噴器，其特征在于外環(huán)空封隔器包括下接頭(7)、解封剪 釘(8)、卡爪部件、卡爪套(I3)、下外套(14)、膠筒座(I5)、外套筒(16)、膠筒(17)、上外套(18)、座封剪釘(19)、內(nèi)套筒(20)、上接頭(21)、座封剪釘套(22)以及解封剪釘套(23),T 接頭(7)通過(guò)螺紋與內(nèi)套筒00)連接，通過(guò)解封剪釘(8)與下外套(14)連接，下外套(14) 上開(kāi)出4個(gè)均布座封剪釘孔，解封剪釘(8)外部裝有解封剪釘套并通過(guò)過(guò)盈配合裝入 解封剪釘孔內(nèi)，在內(nèi)套筒00)與下外套(14)所形成的環(huán)形空間中安裝有卡爪部件及卡爪 套(13)，在卡爪套(1 上部安裝有膠筒座(15)，并通過(guò)螺紋與外套筒(16)連接，膠筒座 (15)上部安裝膠筒(17)，上外套(18)通過(guò)螺紋與上接頭(21)、外套筒(16)連接，通過(guò)座封 剪釘(19)與內(nèi)套筒OO)連接，上外套(18)上開(kāi)出4 8個(gè)均布的座封剪釘孔，座封剪釘(19)外部裝有座封剪釘套0 并通過(guò)過(guò)盈配合裝入座封剪釘孔內(nèi)，上外套(18)下部與膠 筒(17)接觸使其固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的防噴器，其特征在于卡爪部件包括鎖簧座(9)、鎖指套 (10)、鎖簧(11)以及鎖指扣(12)，鎖指套(10)通過(guò)螺紋與鎖簧座(9)連接并通過(guò)下部臺(tái)階 使其限位，鎖指套(10)內(nèi)部安裝鎖指扣(12)，在鎖指扣(12)與鎖指套(10)之間的凹陷環(huán) 內(nèi)裝有鎖簧(11)，鎖簧(11)為一開(kāi)口環(huán)，其外部設(shè)有單向鎖止的鎖止牙，膠筒座(1 與上 外套(18)內(nèi)部均開(kāi)出一向內(nèi)凹的臺(tái)階，內(nèi)套筒OO)上部設(shè)有向外凸起的臺(tái)階，內(nèi)套筒OO) 與上外套(18)上開(kāi)設(shè)有鉆井液流道口，上外套(18)上開(kāi)有4 8個(gè)鉆井液流道口。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械式井下內(nèi)外一體防噴器，屬于井控裝備。該防噴器主要由箭型止回閥和外環(huán)空封隔器兩部分組成，箭型止回閥與外環(huán)空封隔器通過(guò)止回閥閥體與下接頭之間的螺紋連接。箭型止回閥利用閥芯的單向?qū)ㄔ韺?shí)現(xiàn)鉆桿內(nèi)環(huán)空防噴，外環(huán)空封隔器主要包括膠筒、座封剪釘、解封剪釘以及鎖緊部件等組成，在發(fā)生溢流或井涌時(shí)，座封剪釘被剪斷，上外套在上部鉆桿重力作用下向下壓縮膠筒變形實(shí)現(xiàn)密封，同時(shí)開(kāi)設(shè)在內(nèi)套筒以及上外套上的鉆井液流道口導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)鉆井液循環(huán)。本實(shí)用新型采用純機(jī)械式的工作原理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠易實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下鉆桿內(nèi)外環(huán)空的密封而起到防噴的作用，提高了發(fā)生井下事故時(shí)的處理率，降低了井控風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)E21B21/10GK201843563SQ20102020841
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者嚴(yán)永發(fā), 劉清友, 林發(fā)權(quán), 王云海, 王國(guó)榮, 蔣光強(qiáng) 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)